발효효소는 원료가 중심

 

발효효소 원료가 중심

 

 

요즘 발효효소에 대한 관심이 고조되고 있다. 발효효소 모임에서 2012년 1월 7일(토) 오후 1시부터 토의가 있었다. 첫 시간은 한국농수산대학 장광진 교수의 효소원료 토의 및 "가고시마 효소산업 탐방기" 소개가 있었다.  둘째 시간은 중앙대 이상현 교수의 "발효식품의 품질평가 및 표준화" 강의가 있었다. 발효효소란? 생물계 내에서 일어나는 화학반응 단백질로서 금속이나 비타민 등의 도움을 받을 수 있다. 많은 유전적 질환은 특정 효소의 결핍 또는 과잉으로 일어남 효소의 활성을 조절함으로써 의약품으로 사용 산업적으로 다양한 응용이 가능하다.

 

효소(酵素)를 발(醱)하는 것•미생물이 번식하여 특유의 효소생성 • 유용미생물(Probiotics)과 유해미생물(부패균) • 장내미생물(500종, 1,000조 마리 : 워싱턴대 고돈 교수) • 생명체가 생성하여 화학반응을 촉매 하는 단백질 • 생명체의 출발(수정), 생존(삶 영위), 사망(고갈) • Enzyme(효모 속에 존재하는 것 : 1878, W. 퀴네) • 효소생성 한정론 (Edward Howell 박사) • 식물생체에 당(糖)을 첨가하여 발효시킨 음료  • 식물생체 : 동물생체 제외, 살아있는 식물전체(전초) • 탄수화물과 당류 (설탕, Sugar) • 현미(곡물)효소와 수분 함유량(건조) 인체관여효소 • 효소 – 체내효소(잠재효소) - 소화효소, 대사효소 • 효소 - 체외효소(외부효소) - 식품효소 등 효소와 발효를 대표하는 키워드들이다.  효소는 단백질이다. 그러나 단순한 단백질이 아닌 활성( 活性, activity)을 지닌 단백질로서 특별한 모양을 지니고 있다. 생화학적으로, 효소는 생화학반응의 속도를 증대시키는 촉매로서, 생촉매라고 불린다.

 

효소는 종류가 너무 많기 때문에, 구조적인 명명법이 필요한데, 효소의 분류 및 명명법1955년 국제 생화학연합회 (International Union of Biochemistry. IUB)의 효소위원회 ( Enzyme Commission, EC)설치: 효소의 계통적 분리법,명명법 및 효소활성에 관한 정의,반응속도와 관련된 계수들의 정의 등에 관한 규약 제정하였다.

3가지 일반적 원칙 1) 효소반응에 사용되는 기질의 종류에 따라 (1) 단일 효소 : 어미에 ~ase를 붙여 명명- end of the substract : protease, lipase, amylase, urease (2) 복합효소계 : ~ase 뒤에 system이란 단어 첨가- succinate oxidase system, fatty acid synthetase system 2) 촉매반응에 따라 분류/명명 3) 효소의 촉매반응 형식에 따라 세밀하게 분류한다.

 

모든 효소의 정식 명칭 뒤에는 ‘-아제’ (영어로는 -ase‘) 를 사용한다. 예를 들어 리파아제(lipase)는 기름 (liquid)의 일종인 지방(fat)을 분해하는 효소이며, 셀룰라아제(cellulose)를 분해하는 효소이다. 또한 아밀라아제(amylase)는 전분을 분해하는 효소이다. 식품효소에는 다음의 4가지 종류가 있다. ① 리파아제 (lipase) : 지방을 분해 ② 프로테아제 (protease) :  단백질을 분해 ③ 셀룰라아제 (cellulase) : 목질계를 분해 ④ 아밀라아제 (amylase) : 전분을 분해

 

이들 4가지 효소 각각에는 또 다시 수많은 효소들이 존재한다. 예를 들어 트립신(trypsin) 과 펩신(pepsin) 은 단백질을 분해하므로 프로테아제 종류에 포함된다. 트립신과 펩신은 ‘-아제’로 끝나지 않는 이름을 지녔는데, 그 까닭은 이 효소들의 명칭이 명명법 제정 이전에 이미 정해졌기 때문이다. 그러나 이 효소들도 트립시노지나아제(trypsinogenase)와 펩시노지나아제(pepsinogenase)로 불리기도 한다.

 

추천명 ( Recommended name)과 계통명 (systematic name) 1) 추천명 : 1972년 국제효소위원회의 권장, 가장 보편적으로 사용되고 있는 효소명 * 기타의 명칭 (other name) - 효소명과 함께 기원표시 중요 2) 계통명 : 일정한 규칙에 따라서 정확하게 그 효소작용 (반응)을 나타내는 명칭으로 효소의 동정 (identity)에 도 -> 계통명이 있는 경우 효소의 이름만 보고 관여하는 화학반응의 성격을 알 수 있다. 효소의 분류와 명명의 개요(예) fructose-bisphosphate aldolase 국제 효소위원회에서 결정한 코드번호라는 것을 나타낸다. 효소의 대분류 (class) 번호인 1~6의 6종의 대분류로 구분중분류 (sub-class )를 나타냄세분류 (sub-sub-class)를 나타낸다. 세분류 (sub-sub-class)에서의 일련 번호, 코드번호 : EC 4. 1. 2. 13, 추천명 : frutose-bisphosphate aldolase, 계통명 : D-fructose-1,6-biphosphate : D-glyceraldehyde-3-phosphate lyase

 

 

 

 

 

발효효소의 특성지구상의 모든 생명체 (동물, 식물, 미생물)는 생명현상 유지를 위해 '효소'를 만든다. 효소의 체내 역할은 생명체의 대사과정에서 반응속도에 촉매 역할을 한다. 이런 효소의 본질은 고단백질이다.

효소의 생산은 세포내 염색체의 DNA 정보(유전암호, genetic code)에 의해 세포의 필요상황에 따라 RNA와 ribosome에 의해 생산된다. 동일 기능을 수행하는 효소라도 생명체 종류에 따라 작용 pH, 온도, 금속이온의 영향, 반응 메커니즘에 차이가 있다.

효소는(일반적인 화학반응과 비교했을 때)

- 온화한 조건에서 반응을 촉매

- 기질 특이성이 높아 선택적 효율적 반응을 수행

- 환경친화적 특성 산업현장에서 많이 활용

효소의 촉매기능

- 효소=주로 단백질로 구성된 생체 촉매

- 자신은 반응 전후에 변화하지 않으면서 단지 화학반응의 속도만 빠르게 함

효소의 기질특이성

- 하나의 효소는 하나의 화학반응만을 촉매함.

- 하나의 효소가 촉매하는 기질에는 여러 가지의 선택적 특이성 존재

- 효소와 기질은 '자물쇠&열쇠' 같은 상보적관계(by Fischer(1894),lock-and-key theory)

- 효소 구조 표면 활성 또는 촉매 부위(active or catalytic site) 기질 특이성(substrate specificity) 작용 부위

- 기질 분자의 특징

효소 특이적인 화학 결합 구조

결합기(binding or positioning group)라 불리는 작용기 존재

- 절대적 특이성(absolute specificity): 유사한 일정 그룹 기질 중 특이적으로 한 종의 기질만을 촉매 (ex) cellobiase: cellobiose에만 작용

- 절대적 군 특이성(absolute group specificity): 일정한 작용기를 가진 한 그룹의 기질을 특이적으로 촉매 (ex) papin: peptide 결합을 가수분해

- 상대적 군 특이성(relative group specificity): 어떤 그룹의 작용기와는 우선적 반응,

다른 그룹과도 약간 반응 (ex) lipase: 지방 외 저급 ester 화합물도 천천히 분해

- 광학적 군 특이성(optical specificity): 기질의 광학적 구조의 차이에 따라 특이성.

D형 또는 L형 중 어느 한 쪽에만 효소가 작용. (ex) L-amino acid acylase: D 형에는 작용X, L-amino acid에만 작용.

효소의 기질반응에 미치는 인자

효소 저해제(inhibitor): 효소작용을 저해하는 물질

1) 비가역적 (irreversible) 저해제: 효소 분자 내의 촉매활성 작용기에 직접 결합 or 파괴하여 효소활성을 손상시킴.

2) 가역적 (reversible) 저해제: 저해를 유발하는 물질을 제거하면 효소활성이 부분적 or 완전히 회복됨.

-경쟁적 (compatitive) 저해: 효소활성 부위에 대한 결합을 기질과 경쟁하나, 효소와 결합해도 생성물은 만들지 않음.

-비경쟁적 (noncomparitive) 저해: 효소와 기질 간의 결합여부와 상관없이 효소분자의 활성부위가 아닌 다른 부위에 결합해 효소분자의 가역적인 변형이 일어나 불활성화 됨.

-효소 활성제(activator): 효소-기질 반응의 속도를 촉진, 향상, 부활시키는 물질